Ficar pegajoso: O polímero de hidrogel adesivo subaquático com melhor desempenho
Inspirada na biologia, a tecnologia foi desenvolvida utilizando a extração de dados e a aprendizagem automática
Os hidrogéis são materiais moles permeáveis constituídos por redes de polímeros e água, com aplicações que vão da engenharia biomédica às lentes de contacto. Intrínseca aos hidrogéis está a capacidade de conferir diversas caraterísticas através da modificação das suas redes de polímeros. O laboratório de investigação do Professor Gong no WPI-ICReDD, Universidade de Hokkaido, é especializado em tecnologia de hidrogéis e concebeu hidrogéis com propriedades de auto-reforço, auto-cura, adesão subaquática e muito mais. No caso dos hidrogéis adesivos, conseguir uma adesão subaquática instantânea, forte e repetível é um desafio predominante.
Fotografia de um pato de borracha aderido a uma rocha à beira-mar utilizando uma nova tecnologia de hidrogel que resiste a repetidas marés e impactos de ondas.
WPI-ICReDD, Hokkaido University
Através de uma combinação de extração de dados e aprendizagem automática, o Professor Gong, o Professor Takigawa, o Professor Fan, o estudante de pós-graduação Liao e colegas desenvolveram recentemente os hidrogéis adesivos subaquáticos mais fortes até à data, com resistências adesivas (Fa) superiores a 1 MPa. A força dos géis foi instantânea e repetível e são funcionais em várias superfícies sob níveis variáveis de salinidade, desde a água pura até à água do mar. Esta investigação foi publicada na revista Nature e foi selecionada para a capa.
Para referência, se estes hidrogéis fossem cortados com o tamanho de um selo postal (2,5 x 2,5 cm), poderiam teoricamente suportar cerca de 63 kg (por exemplo, um ser humano adulto). Os investigadores demonstraram a força adesiva do hidrogel aplicando-o a um pato de borracha numa rocha à beira-mar, onde resistiu a repetidas marés e impactos de ondas.
Inspirando-se na biologia, estes hidrogéis foram concebidos com redes de polímeros derivadas de proteínas adesivas encontradas em archaea, bactérias, eucariotas e vírus. Apesar da diversidade entre estes organismos, estas proteínas partilham padrões de sequência comuns que conferem a adesão em ambientes húmidos. Para tal, cerca de 25.000 conjuntos de dados de proteínas adesivas, recolhidos da base de dados de proteínas do Centro Nacional de Informação Biotecnológica (NCBI), foram extraídos dados para sequências de aminoácidos relevantes importantes para a adesão subaquática.
Replicaram estas sequências em redes de polímeros e sintetizaram 180 hidrogéis - cada um contendo redes de polímeros únicas. Os dados compilados a partir do estudo destes hidrogéis foram analisados com aprendizagem automática que extrapolou ainda mais as sequências de polímeros mais significativas. Os 180 géis originais sintetizados a partir da prospeção de dados demonstraram qualidades adesivas superiores às dos géis anteriormente registados na literatura. No entanto, os géis inspirados pela aprendizagem automática foram mais incríveis, excedendo as qualidades altamente desejadas mencionadas acima.
A adesão repetível e instantânea são qualidades altamente desejadas para aplicações que vão desde a engenharia biomédica até à exploração de águas profundas. Estas qualidades são confirmadas numa experiência em que a fuga de água de um cano danificado pôde ser coberta instantânea e repetidamente.
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